張 榮，魏敬和，鄒家軒，楊 兵

（中國電子科技集團公司第58研究所，江蘇 無錫 214035）

1 引言

高速數(shù)據(jù)傳輸是目前較熱門的研究課題，正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)是一種無線環(huán)境下的高速數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，它采用相互正交的多載波傳遞信息，具有很強的抗干擾、抗衰落能力及較高的頻譜利用率，被認為是未來無線寬帶接入系統(tǒng)的基本實現(xiàn)技術(shù)之一。本文將OFDM技術(shù)應(yīng)用于有線環(huán)境，設(shè)計了一種高速有線傳輸系統(tǒng)，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)在雙絞線上的高速穩(wěn)定傳輸。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

系統(tǒng)硬件如圖1所示，整個系統(tǒng)分為發(fā)送端和接收端，由PC、DSP、調(diào)制/解調(diào)模塊組成。DSP采用TI公司生產(chǎn)的TMS320c6455，它集成了高速外部存儲器接口（EMIF）和以太網(wǎng)控制器接口（EMAC），主頻可達到1.2GHz，具有2MB的L2 catch，可以對數(shù)據(jù)進行高速處理和傳輸，滿足設(shè)計要求。DSP和PC之間通過百兆以太網(wǎng)相連，DSP和調(diào)制/解調(diào)模塊之間通過EMIF接口連接，DSP通過EMIF接口訪問調(diào)制/解調(diào)模塊的內(nèi)部寄存器和數(shù)據(jù)FIFO。百兆以太網(wǎng)和EMIF接口均為高速接口，滿足數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?。調(diào)制/解調(diào)模塊實現(xiàn)了OFDM技術(shù)，可以使數(shù)據(jù)在信道上高速傳輸。信道采用航空雙絞線。

圖1 系統(tǒng)硬件實現(xiàn)

3 系統(tǒng)軟件整體設(shè)計

本系統(tǒng)由發(fā)送端和接收端組成，如圖1所示，在軟件設(shè)計中采用發(fā)送端和接收端軟件一體化設(shè)計，從而使發(fā)送端和接收端軟件一致。軟件構(gòu)成如圖2所示，軟件系統(tǒng)由PC端軟件和DSP端軟件兩部分組成。PC和DSP構(gòu)成C-S結(jié)構(gòu)，DSP是服務(wù)器，PC是客戶端。PC和DSP之間采用TCP/IP協(xié)議進行通信，確保數(shù)據(jù)能夠正確傳輸。當軟件系統(tǒng)運行后，PC（客戶端）向DSP（服務(wù)器）提出連接請求，建立客戶端與服務(wù)器端的連接，然后PC和DSP就可以進行數(shù)據(jù)交換。

圖2 系統(tǒng)軟件架構(gòu)

系統(tǒng)工作流程如圖3所示，流程由帶數(shù)字的箭頭示明。首先由接收端PC1向接收端DSP1發(fā)起連接請求，當接收端連接建立后，發(fā)送端PC2向發(fā)送端DSP2請求連接，雙方連接建立后，數(shù)據(jù)傳輸開始，數(shù)據(jù)由PC2到DSP2，經(jīng)過調(diào)制解調(diào)模塊和信道到達接收方。

圖3 軟件總體流程

4 PC端軟件設(shè)計

PC端軟件負責發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，其框架如圖4所示，采用分層設(shè)計，最頂層是主界面，由主界面可以按照需要進入發(fā)送界面或者接收界面，發(fā)送界面和接收界面負責和用戶進行交互，發(fā)送界面可以選擇用戶需要發(fā)送的文件數(shù)據(jù)，用戶可在接收界面指定接收到的數(shù)據(jù)存儲的路徑，在數(shù)據(jù)傳輸開始后，發(fā)送界面和接收界面均可指示已傳輸數(shù)據(jù)量和傳輸速率。用戶與發(fā)送界面、接收界面交互完成后，分別啟動發(fā)送線程和接收線程開始傳輸數(shù)據(jù)。PC軟件的最底層為Socket層，具體負責數(shù)據(jù)包的發(fā)送和接收。

圖5 PC端軟件流程圖

PC端軟件采用接收端和發(fā)送端一體化設(shè)計，遵循同一流程，其流程如圖5所示，系統(tǒng)運行后，首先進行人機交互，配置相應(yīng)參數(shù)，然后對網(wǎng)絡(luò)進行配置，建立SOCKET環(huán)境，然后向服務(wù)器發(fā)起連接請求，當連接建立后，即可開始數(shù)據(jù)處理與傳輸。

5 DSP端軟件設(shè)計

5.1 DSP端軟件框架

DSP端軟件框架如圖6所示，整個DSP端軟件系統(tǒng)由應(yīng)用層、DSP/BIOS操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)開發(fā)包（NDK）、底層驅(qū)動組成，圖中箭頭方向體現(xiàn)了各個部分之間的依賴關(guān)系。整個系統(tǒng)建立在DSP/BIOS操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，DSP/BIOS操作系統(tǒng)是一款多任務(wù)實時操作系統(tǒng)，擁有可搶占式內(nèi)核和任務(wù)同步與調(diào)度機制。本系統(tǒng)中，DSP/BIOS操作系統(tǒng)負責加載底層驅(qū)動，對應(yīng)用層任務(wù)進行調(diào)度。

圖6 DSP端軟件框架

5.2 底層驅(qū)動設(shè)計與NDK的移植

本系統(tǒng)驅(qū)動包括GPIO、PLL、EMIF、EMAC，如圖7所示，其驅(qū)動均在TI提供的CSL庫基礎(chǔ)上進行設(shè)計，采用統(tǒng)一的接口和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，具有很高的模塊化程度和良好的復(fù)用性。

圖7 底層驅(qū)動框架

NDK是TI提供的網(wǎng)絡(luò)開發(fā)包，本系統(tǒng)使用的NDK版本為NDK2.0，采用NIMU架構(gòu)，主要包含以太網(wǎng)驅(qū)動和協(xié)議棧兩部分，具有良好的層次性和移植性，對于不同的硬件系統(tǒng)只需要移植以太網(wǎng)驅(qū)動部分即可。本系統(tǒng)使用TMS320c6455集成的EMAC接口和lxt971a網(wǎng)卡芯片，根據(jù)NDK的接口要求進行了移植。

5.3 應(yīng)用層軟件設(shè)計

應(yīng)用層程序構(gòu)建在DSP/BIOS操作系統(tǒng)中，如圖8所示，以任務(wù)形式組建。主要包含以下幾個任務(wù)：主任務(wù)，自檢任務(wù)，用戶任務(wù)，中斷。

（1）主任務(wù)：主任務(wù)用來建立網(wǎng)絡(luò)運行環(huán)境，配置網(wǎng)絡(luò)參數(shù)（IP地址、網(wǎng)關(guān)、子網(wǎng)掩碼等），配置網(wǎng)絡(luò)服務(wù)（ping服務(wù)），配置網(wǎng)絡(luò)緩存，啟動網(wǎng)絡(luò)，程序結(jié)束時關(guān)閉網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

圖8 應(yīng)用層軟件框架

（2）自檢任務(wù)：網(wǎng)絡(luò)自檢，檢查網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是否正常運行，當系統(tǒng)添加或移除IP地址時運行。

（3）用戶任務(wù)：用戶任務(wù)負責DSP與PC以及DSP與調(diào)制解調(diào)模塊的數(shù)據(jù)交互，并對數(shù)據(jù)進行處理，構(gòu)建PC與調(diào)制解調(diào)模塊之間的數(shù)據(jù)通道。

（4）中斷：負責數(shù)據(jù)同步以及對緊急事件的處理。

6 結(jié)束語

本文設(shè)計的基于OFDM技術(shù)的高速有線傳輸系統(tǒng)，使用航空雙絞線作為信道時傳輸速度達到30Mbps，而且傳輸穩(wěn)定、可靠，具有良好的應(yīng)用前景。

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